Ce formă de materie se găseşte în inima unei stele de neutroni? Încă nu ştim – însă măsurători de unde gravitaţionale generate de coliziuni de astfel de stele, precum şi observaţii de pulsari, au permis oamenilor de ştiinţă să facă un pas mai aproape spre descoperirea acestui secret.

Stelele mai masive decât Soarele însă nu mult mai mari decât acesta atunci când mor lasă în urma lor stele de neutroni. Aceste stele sunt cea mai densă formă de materie cunoscută din Univers. Evident – există şi găurile negre, care ar trebui să fie mai dense decât stelele de neutroni, însă la ora actuală găurile negre nu pot fi explicate de fizică cunoscută. Stelele de neutroni, pe de altă parte, au o densitate atât de mare încât o linguriţă din materia din care sunt compuse ar cântări mai mult decât Everestul! Care este însă structura unei stele de neutroni? Nu mai există atomi – întrucât la densităţile enorme din stea protonii şi electronii generează neutroni – şi mare parte din stea este deci compusă din neutroni. Există însă teorii care ne spun că în interiorul stelei, unde densitatea este maximă, ar putea avea loc reacţii nucleare care să ducă ori la formarea de materie cu cuarci stranii, ori la „topirea” neutronilor cu eliberarea de cuarci într-o nouă formă de materie.

Caracterizarea stelei de neutroni din punct de vedere teoretic este făcută de aşa-numita ecuaţie de stare a stelei de neutroni – cea care leagă densitatea de raza stelei.

Informaţii legate de stelele de neutroni pot fi obţinute prin studiul undelor gravitaţionale generate de coliziunea a două stele de neutroni – un astfel de eveniment a fost măsurat în 2015 de către antenele gravitaţionale LIGO şi VIRGO, dar şi prin studierea semnalelor electromegnetice emise de pulsari (stele de neutroni cu intense câmpuri magnetice care se rotesc cu viteze mari). Undele gravitaţionale sunt deformări ale spaţiului şi timpului prevăzute de teoria relativităţii generale a lui Einstein care se propagă prin Univers. Frecvenţa şi evoluţia în timp a acestor unde dau informaţii legate de structura stelelor de neutroni.

Un studiu recent publicat în revista Science a combinat toate informaţiile cunoscute despre stelele de neutroni, atât undele electromegnetice cât şi cele gravitaţionale, ajungând la concluzia că raza unei stele de neutroni este de 11.75 km, cu o precizie în jur de 0.8 km.

Acest rezultat nu ne permite încă să aflăm ce se găseşte în inima stelei de neutroni, întrucât se ştia deja că raza unei astfel de stele este între 11 şi 13 km cel mai probabil, însă arată cum se pot combina date din măsurători diverse şi atunci când precizia acestora va fi mai bună inclusiv raza stelelor de neutroni va fi cunoscută la rândul ei cu o precizie mai mare.

Undele gravitaţionale permit inclusiv măsurarea constantei lui Hubble, cea care ne spune cât de repede creşte Universul. Aceasta constantă dă rata de expansiune a Universului. Undele gravitaţionale se pot folosi în modul următor: se măsoară amplitudinea undelor gravitaţionale pentru a deduce la ce distanţă a avut loc coliziunea; din măsurarea vitezei galaxiei în care aceasta a avut loc se poate calcula constanta lui Hubble. Valoarea găsită, 66,2 km/s/MPc, nu este încă suficient de precisă – dar în viitor – cu noile instrumente precum Cosmic Explorer şi Einstein Telescope, vom putea îmbunătăţi precizia acestui rezultat şi compara valoarea găsită cu celelalte valori obţinute aplicând metode diverse şi care în prezent nu sunt în acord.

Stelele de neutroni rămân încă un mister şi nu cunoaştem în prezent forma de materie din interiorul acestora; cu ajutorul noilor date dar şi al metodelor de analiză ale acestora, există speranţa ca în viitorul apropiat să aflăm dacă în Univers există forme de materie bizară, cum ar fi cea care ar putea conţine cuarci stranii, ascunse în stelele de neutroni.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe